2025年, 第49卷, 第1期　刊出日期：2025-01-15

  

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元件分析与优化
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  双侧高压下海水液压往复密封特性研究

  彭超, 于航, 靳思博, 张鑫, 何涛, 欧阳小平

  液压与气动. 2025, 49(1): 40-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.005

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  作为海水深海机电装备中液压缸的核心部件,海水液压往复密封在深海环境下面临双侧高压和海水特殊性质的挑战。针对双侧高压海水往复密封泄漏预测中的关键问题,开展深海环境往复密封特性研究,建立了双侧高压下往复密封有限元模型,分析深海工况下往复密封内部应力和接触压力分布;基于逆流体动压润滑理论,研究海水液压往复密封泄漏特性,对比分析了深海双侧高压和陆上单侧高压下往复密封性能。结果表明:在相同的系统压力下,深海工况下的组合密封摩擦力小于陆上工况,但泄漏量大于陆上工况。   
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  高速轴向柱塞泵吸油压力对空化特性的影响

  李莹, 徐良玉, 王飞, 李帅, 马健伟, 杨亚森

  液压与气动. 2025, 49(1): 50-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.006

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  高速轴向柱塞泵因其体积小且功重比大的特点被广泛应用于航空航天领域,但随着转速的提高,出现吸油能力不足和内部空化现象,限制其转速的提升。研究了柱塞泵在不同转速下改变吸油压力对空化现象的影响,并且通过实验验证。结果表明:位于柱塞泵吸油区域的柱塞腔、配流盘三角槽、柱塞缸体吸油孔内出现明显的空化现象,提高吸油压力可以抑制空化现象的发生;泵在任一吸油压力下都有其不发生空化的最大临界转速。研究成果可以指导高速轴向柱塞泵吸油区域的优化设计。   
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  比例减压阀控制器硬件性能的影响因素和优化设计

  艾超, 黄科雨, 马德江, 陈立娟, 高伟, 曹晓明

  液压与气动. 2025, 49(1): 76-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.009

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  比例减压阀是工程机械装备液压系统的压力控制元件,其压力控制性能直接受到控制器性能的影响。以比例减压阀用控制器为研究对象,建立控制器数学模型和整阀模型。然后,分析电阻、电感、频率和占空比对控制器输出电流大小和纹波的影响。其次,采用正交设计的方法,以电流、电流纹波为指标,综合考虑电阻、电感、PWM频率、PWM占空比等影响因素,优化设计控制器关键参数。最后,结合比例减压阀实物,验证优化后控制器的有效性。结果表明:控制器优化前的误差约为2.9%,控制器优化后的误差约为2.5%。研究成果为高性能比例减压阀研制奠定理论基础。   
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  半导体气体流量控制器原位校准装置研究

  回博旭, 徐志鹏, 张高明, 周彬, 孙英恺

  液压与气动. 2025, 49(1): 90-94. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.010

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  半导体制造需使用多种气体用于沉积、光刻等工序,气体流量控制的精度直接影响加工质量。而流量控制器需要经常检测和校准以确保其工作性能。半导体设备和工艺的特殊性决定了流量控制器只能进行原位校准。为解决流量控制器的原位校准问题,根据半导体设备的特点提出一种基于动态pVTt方法的流量控制器原位校准装置,基于CFD仿真对固定容器充气后的非稳态流场进行计算,并预测流场稳定后的平均温度,从而实现充气气体流量的快速检测。通过与高精度流量校准装置对比,装置可以实现N₂介质50~50000 mm³/s的流量校准,精度优于0.5%。   
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  液压油介质下常规离心泵有效增压供液的适应性分析

  陈吉庆, 冀宏, 李晨, 孙飞, 王素燕, 汤荣福

  液压与气动. 2025, 49(1): 107-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.012

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  为了探明常规离心泵采用液压油介质的增压供液性能,首先搭建了常规离心泵油液适应性试验系统,获得油介质下离心泵的流量、压力等参数,并通过可视化油箱观测油液内气泡分布;然后通过PumpLinx建立了离心泵全空化仿真模型,对比分析了水和油介质下的空化特性;最后,从离心泵的抗气蚀性能角度对叶轮进行了优化设计。结果表明:离心泵发生明显空化现象的临界转速为1550 r/min;在3000 r/min运行时,离心泵在液压油介质下的扬程较水介质降低了64％;离心泵在液压油介质下空化程度更剧烈,空化区域主要分布在叶片压力面及叶片根部。优化后的离心泵旋转域气体体积分数降低了46%,对运用于高转速液压泵的吸油增压离心泵设计具有重要意义。   
系统设计与研究
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  新型建模语言在调距桨电液系统故障诊断中的应用

  卢石松, 唐建中, 夏城城, 张新宇, 许伟, 聂勇

  液压与气动. 2025, 49(1): 1-12. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.001

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  调距桨的电液控制部分结构复杂且运行环境恶劣,其可靠性对船舶的安全运行至关重要。针对电液系统诊断中的实际需求,提出了一种创新的诊断建模语言——T语言,并基于此开发了一套建模与诊断方法。该方法通过精确描述器件输入和输出端口之间的耦合、传递、变换和控制关系,依据实际连接关系(如管路、线缆等)构建与系统组成结构一致的诊断模型,确保了模型的一致性和可校核性。通过对调距桨电液系统的诊断建模与试验,验证了所提方法的有效性,也为类似电液系统的故障诊断提供了新的视角和方法。   
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  节能型海水液压浮力调节系统

  马云祥, 李玲珑, 陈志达, 李邦鹏, 季红涛, 杨申申

  液压与气动. 2025, 49(1): 13-19. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.002

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  针对现有浮力调节系统能耗高、需配置额外液压源等问题,提出了一种节能型海水液压浮力调节系统,设计了由伺服电机驱动的集成式控制阀组,通过齿轮协同布置、滑动丝杠自锁、螺旋旋向分配等方案实现了电机短时运转控制多个截止阀启闭,完成压载水舱注、排水功能的控制,极大地减少了潜水器能源消耗。此外,通过深海高压环境模拟试验装置,开展浮力调节系统注、排水流量和能耗测试,验证了该浮力调节系统的节能性和有效性,同时满足水下4 km作业深度的要求。   
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  电液伺服系统动态柔性变结构比例微分复合控制研究

  王晓晶, 王小龙, 高汶韬, 冯亚铭

  液压与气动. 2025, 49(1): 20-29. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.003

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  针对摩擦干扰等不确定非线性因素对连续旋转电液伺服系统控制性能的影响,建立了马达系统模型及其摩擦力矩模型。采用改进麻雀搜寻算法进行比例微分控制器参数调优,确定了一种基于摩擦前馈补偿的简化动态柔性变结构比例微分复合控制策略。该控制器提高了超低速和高频响应性能,系统频率响应达到了11 Hz。在工业计算机系统上利用C++Builder编程的可视化界面对实验结果与仿真进行对比,验证了控制效果。尽管实验中的控制性能相较于仿真略有下降,尤其是在高频情况下,但系统仍表现出较好的控制精度。研究结果为连续旋转电液伺服马达的控制提供了理论和实验依据。   
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  电动装载机闭式泵控线控转向系统研究

  陈龙, 林添良, 付胜杰, 陈其怀, 缪骋, 林元正

  液压与气动. 2025, 49(1): 30-39. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.004

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  装载机是工程机械主要机型之一,面对环境压力亟待节能减排升级。当前电动装载机转向系统主要沿用传统阀控系统,存在能耗高、驾驶员劳动强度大等弊端。提出一种电动装载机闭式泵控线控转向系统构型,并利用PID进行位置伺服闭环控制。结果表明,闭式泵控线控转向系统在各工况下的液压系统效率都高于60%,在高速重载转向工况下的液压系统效率最高,为67.3%。即使忽略全液压转向系统在转角极限位置时的高压溢流损失,闭式泵控转向系统相对全液压转向系统在各转向工况下的效率也至少提高了54.3%,且具有较好的转向精度与操控性能,其转角跟踪误差能够控制在2°以内,压力波动维持在1 MPa左右,实现了电动装载机高效线控转向。   
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  纯电驱挖掘机动臂与斗杆复合能量回收系统

  苏永红

  液压与气动. 2025, 49(1): 61-67. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.007

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  为改善液压挖掘机能效,提出一种纯电驱挖掘机的动臂与斗杆复合能量回收系统。采用液压蓄能器作为储能单元,回收动臂下降和斗杆内收过程中的重力势能;能量再生过程中,蓄能器释放高压油驱动与电动机同轴连接的变排量液压马达,辅助主电机驱动主泵,减少电动机能耗。分析所提系统工作原理,建立系统数学模型和多学科联合仿真模型,对采用所提系统的动臂和斗杆运行特性、重力势能回收效果和节能效果进行分析。结果表明:与传统电液流量匹配系统相比,动臂重力势能回收利用效率为62.1%,主电机能耗减少36.3%;斗杆重力势能回收效率为48.5%,主电机能耗减少22.1%。   
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  基于深度强化学习的液压四足机器人单腿跳跃优化控制

  姬鹏远, 纵怀志, 艾吉昆, 张军辉, 徐兵

  液压与气动. 2025, 49(1): 68-75. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.008

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  液压四足机器人具有功率密度高、负载能力大等优势,但其液压系统控制参数与机身运动参数间耦合关系复杂且维度较高,导致最优控制参数的求解十分困难。为此,采用具有自适应性、抗扰动性的深度强化学习算法,实现机器人单腿在不同工况下的高效、平稳运动。首先,在MATLAB/Simulink中搭建Spurlos液压四足机器人单腿模型;然后,设计基于五次多项式轨迹规划的强化学习控制器;最终实现针对不同目标任务的机器人单腿优化控制。仿真表明,所提强化学习控制策略能够实现机器人跳跃运动的自适应优化控制,训练后的机器人单腿在复杂环境中展现出较强的自适应性与运动稳定性。   
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  面向人体呼吸特征和气体组分精准控制的主动模拟肺研究

  祖明宇, 马嵩华, 胡天亮, 马德东

  液压与气动. 2025, 49(1): 95-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.011

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  为配合呼吸机测试、临床人员培训和呼吸诊疗设备研发等工作,设计了一套主动模拟肺设备。介绍了该主动模拟肺设备的系统设计方案,使用电气比例阀作为执行部件,通过增量PI和模糊PID控制算法,调节每条支气路气体流量,实现对呼吸特征和气体组分的精确控制。对人体正常呼吸和麻醉呼吸模式下的呼吸动作进行模拟,流量曲线的跟随性较好,均方根误差在可接受阈值内,其潮气量、峰值流量等呼吸特征均达到要求;同时,该模拟肺对于气体组分的控制能够满足对血氧交换过程的模拟需求,代替人体完成面向不同类型呼吸疾病和不同病程的呼吸诊疗设备校验和调整。   
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  泵控燃调系统起动振荡分析及优化设计

  司国雷, 陈君辉, 李彬杰, 陆亮, 张子哲

  液压与气动. 2025, 49(1): 114-123. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.013

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  针对小型涡扇发动机泵控燃油系统起动工况的振荡问题,建立了电动机、齿轮泵、增压阀及回路的集总参数模型。基于MATLAB/Simulink仿真,得到了增压阀临界开启状态的工作点参数;通过线性化建模得出系统传递函数,绘制伯德图分析了阀芯挡板与阀套间隙和回油阻尼孔直径对系统频域性能指标的影响。结果表明:系统相位裕度较小,其相对稳定性随阀芯挡板与阀套间隙减小而提高,随回油阻尼孔直径减小而提高;通过对系统关键几何参数的设计,改善了系统的相对稳定性。   
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  高水基数字比例阀控电液位置伺服系统建模与控制

  张阳, 刘英豪, 高强, 刘骅毅, 周如林, 乔子石

  液压与气动. 2025, 49(1): 124-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.014

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  针对我国煤矿液压装备底层执行机构存在控制精度差与数字化程度低的问题,提出了基于高水基数字比例阀和换向阀组合控制液压缸的方案。首先,对高水基数字比例阀控电液位置伺服系统的结构与工作原理进行深入分析,在此基础上构建了伺服系统AMESim仿真模型,并对步进电机子模型、高水基数字比例阀子模型进行验证。其次,提出了液压缸位移/速度双闭环、液压缸位移/主阀位移双闭环两种控制方法,并基于Simulink和AMESim搭建了系统机电液联合仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性。进一步,搭建了高水基数字比例阀控电液位置伺服系统试验平台,试验表明,液压缸位移/速度双闭环控制方法存在抖动现象,且液压缸位置的最大误差达到了1.5 mm,液压缸位移/主阀位移双闭环控制下的液压缸跟踪误差在0.4 mm内,超调量为0,满足控制精度需求。研究结果对提升我国煤矿液压装备的控制精度和数字化水平具有实际意义。   
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  多向弯曲气体检测软体机器人设计

  关峰, 赵鲁宁, 黄成杰, 熊佳伟, 刘春宝

  液压与气动. 2025, 49(1): 132-138. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.01.015

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  提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 s内产生42°的弯曲变形。建立了气动人工肌肉和柔性折叠结构的弯曲变形数学模型,并通过实验验证了驱动器的性能。将此驱动器应用于气体检测机器人,并设计了仿生检测鼻腔。瞬态响应模式下,检测有害气体的响应时间缩短为原始传感器的31.7%及静态仿生结构的19.1%。实验表明,该机器人在乙醇和水的区分中表现出色,具有广阔的应用前景。